The Crop Journal | 中国水稻所联合中山大学揭示高温高光下GRY3调控水稻叶绿体发育的分子机制

以下文章来源于The Crop Journal ，作者编辑部

水稻是世界上最重要的粮食作物之一，光合作用是制约水稻生产的重要因素，而叶绿素含量以及叶绿体的结构和数量与植物光合作用息息相关。叶色突变体为研究叶绿素合成与降解、叶绿体发育和相关代谢途径的信号转导提供了理想材料。叶绿素由两种不同的生化途径产生，即四吡咯生物合成途径（TBP）和甲基赤藓糖醇4-磷酸（MEP）途径。MEP是植物类异戊二烯合成的途径之一，即在质体中经过不同酶催化形成异戊烯焦磷酸（IPP）和二甲基烯丙焦磷酸酯（DMAPP），用于单萜、双萜、四萜等化合物的合成。拟南芥的MEP途径中，不同酶的突变会产生不同程度的叶色突变体，但水稻中有关该途径基因的报道较少。

近日，中国水稻研究所联合中山大学在The Crop Journal在线发表题为“Identification of Green-Revertible Yellow 3 (GRY3), encoding a 4-hydroxy-3-methylbut-2-enyl diphosphate reductase involved in chlorophyll synthesis under high temperature and high light in rice”的研究论文，作者以EMS诱变的日本晴（NPB）突变体gry3为研究材料，鉴定分离了GRY3基因并对其调控水稻在高温高光下的叶绿体发育进行研究。

研究团队发现gry3突变体在苗期叶片出现条纹黄叶，分蘖后期开始转绿，直至抽穗期完全转绿。相比野生型，突变体的叶绿素含量和光合速率降低，重要农艺性状如株高、结实率和千粒重显著下降（图1）。透射电镜和末端转移酶标记（TUNEL）结果显示，突变体的叶绿体大量降解，叶片细胞出现程序性死亡（图2）。运用图位克隆方法对GRY3基因进行定位克隆，发现GRY3基因的C/T单碱基替换导致了该突变体表型（图3）。为探究突变表型是否受环境影响，我们对野生型和突变体分别进行了高温、高光和高温高光处理实验。研究发现，突变体gry3对高温高光敏感。在高温高光下，gry3突变体出现黄绿叶表型，GRY3的转录表达和蛋白质丰度降低（图4），叶片活性氧过量积累（图5），类胡萝卜素合成基因的转录表达显著降低，叶绿素降解相关基因的转录表达显著升高，光合蛋白降解（图6）。该研究揭示了水稻叶绿体生物发生和维持对高温和高光胁迫的反应，为逆境胁迫下植物叶绿体发育和光合响应机制的阐明奠定基础。

作者和基金项目

中国水稻研究所博士、中山大学博士后姜洪真和上海市农业科学院张安鹏博士为该文共同第一作者。中国水稻研究所水稻功能基因组团队的高振宇研究员、钱前院士和中山大学深圳农学院陈景光副教授为共同通信作者。该研究得到国家自然科学基金项目（32188102，31901481）资助。

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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